JPH03291545A

JPH03291545A - ノック検出装置

Info

Publication number: JPH03291545A
Application number: JP2093537A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Takeuchi; 潔竹内
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1990-04-09
Filing date: 1990-04-09
Publication date: 1991-12-20
Also published as: US5230238A; DE4111533A1; DE4111533C2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）この発明は、エンジンにおけるノック検出装置に関する
。

（従来の技術）従来のノック検出装置としては、例えば特開昭６０−４
８２４号公報に記載されたものがある。

これを第１１図によって説明すると、１はシリンダ２が
形成されたシリンダブロックであり、シリンダ２内には
ピストン３が摺動可能に挿入さねている。シリンダブロ
ック１の上端にはシリンダヘッド４が配設されており、
これらシリンダブロック１．ピストン３およびシリンダ
ヘッド４は燃焼室５を画成している。シリンダヘッド４
には、吸気バルブ６を介して燃焼室５に連通ずる吸気通
路７が形成されているとともに、燃焼室５内の混合気を
点火する点火プラグ８が取り付けられている。

そして、シリンダブロック１には、多気筒エンジンの燃
焼室５内で発生するノックの振動を検出するノックセン
サ９が取り付けられ、このノックセンサ９は、ノック振
動を電気信号に変換して第１２図のバンドパスフィルタ
１０に出力している。

バンドパスフィルタ１０は周波数が約１５ＫＨｚのノッ
ク振動だけを検出している。

上記バンドパスフィルタ１０からのノック振動はコンパ
レータ１１に直接人力されるとともに、整流回路１２お
よび平滑回路１３を介して前記コンパレータ１１に人力
されている。このコンパレータ１１はこれら２つの人力
信号を比較してノック発生の有無を判断し、ノックが発
生しているとき、所定値の電圧信号を出力している。こ
のコンパレータからの信号は積分器１４に入力され、積
分器１４はノックの発生頻度に応じた電圧信号を点火回
路１５に出力している。そして、点火回路１５は積分器
１４からの電圧信号の大きさに応じて点火プラグ８の点
火時期を調整しており、ノックが発生したときには点火
時期を遅らせることでノックの発生を回避している。

上記ノックセンサ９は、実開平１−１３４２２９号公報
に開示されている。その概略構成を第１３図によって説
明すると、ノックセンサ９のケス１６にはテーパーネジ
部１６ａが形成され、このテーパーネジ部１６ａはシリ
ンダブロック１のネジ孔に装着されるようになっている
。一方、ケース１６内部には、２枚の圧電素子１７が内
蔵され、この圧電素子１７はウェイト１８を介してボル
ト１９でケース１６に固定されている。圧電素子１７は
ノック振動を電気信号に変換する機能を有し、この信号
は圧電素子１７に接続したターミナル１２０により外部
に取り出されるようになっている。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、このような従来のノック検出装置では、
ノック振動の伝達経路となるシリンダブロック１はエン
ジン振動の騒音低減化を図るため振動伝達の低い鋳鉄や
アルミ合金で製作され、かつ複雑な形状に形成されてい
る。それゆえ、各気筒の燃焼室５で生じたノック振動は
、シリンダブロック１を伝播中に低減するため、ノック
センサ９までノック振動が有効に伝わらず、特にノック
センサ９の取り付は位置から遠く離れた位置にある気筒
のノック振動を確実に検出することができないという問
題点があった。

この発明は、このような従来の問題点に着目してなされ
たもので、その目的は、気筒の位置にかかわらずノック
振動を高い感度で検出できるノック検出装置を提供する
ことにある。

（課題を解決するための手段）この発明は、上記のような目的を達成するため、シリン
ダブロックとシリンダヘッドの間に介装され、振動伝達
性の高い材料よりなるヘッドガスケットと、このヘッド
ガスケットに取り付けられた振動検出手段と、この振動
検出手段に接続され、その出力信号に基づいてノック振
動成分を取り出す振動成分取り出し回路と、を備えるこ
とを特徴とする。

（作用）エンジンの燃焼室からノックが生ずると、その振動はシ
リンダブロックとシリンダヘッド間のへラドガスケット
に伝わる。このヘッドガスケットに伝わった振動は、振
動検出手段により電気信号に変換されて振動成分取り出
し回路に出力される。

すると、振動成分取り出し回路では特定の振動成分のみ
が取り出され、これによりエンジンのノック振動が検出
される。

この発明では、ヘッドガスケットの材料として振動伝達
性の高いものを用い、これに伝わる振動に基づいてノッ
ク検出が行なわれる。したがって、振動伝達性の低いシ
リンダブロック本体に伝わる振動を検出する方式に比べ
て、振動検出手段に到達する振動成分か増加するため、
その分だけノック検出を精度よく行なうことかできる。

この場合、各気筒の振動は、共通のへラドガスケットを
伝わって検出される。このため、各気筒の位置に関係な
く、振動検出手段の取り付は位置に対し遠い位置にある
ス筒からの振動でも良好に検出てきる。

（実施例）以下、この発明を図面に基づいて説明する。

第１図は、この発明の一実施例を示す断面図で決る。

まず構成を説明すると、２０はシリンダ２が形成された
シリンダブロックで、シリンダブロック２０上面の一部
には張り出し部２０ａが側方に張り出すように形成され
ている。シリンダブロック２０の上方にはシリンダヘッ
ド４が配設され、このシリンダヘッド４とシリンダブロ
ック２０の間にはヘッドガスケント２１が介装されてい
る。へラドガスケット２１は振動伝達性の高い金属材料
、例えばステンレス鋼５ＵＳ３０４を平板状に形成し、
て作製されている。

シリンダブロック２０の張り出し部２０ａ上面には、燃
焼室５内で発生するノックの振動を検出する段付状のノ
ックセンサ２２が取り付けられている。このノックセン
サ２２は、その段部下面かへラドガスケット２１の上面
と所定圧力で密着するよう、ネジ部を介して張り出し部
２０ａに固定されている。

ノックセンサ２２は第２図に示すように、全気筒（図示
は４個）のほぼ中央位置に取り付けられている。このノ
ックセンサ２２には、所定周波数のノック信号を検出す
るバンドパスフィルタ１０が接続され、バンドパスフィ
ルタ１０からのノ・ツク信号はコンパレータ１１に直接
入力されているとともに、整流回路１２および平滑回路
１３を介してコンパレータ１１に人力されている。さら
に、コンパレータ１１には積分器１４および点火回路１
５が順次接続され、点火回路１５は積分器１４からの電
圧信号に基づいて点火プラグ８の点火時期を調整してい
る。

第３図はシリンダヘッド４を除いたときの多気筒エンジ
ンを上方から見たものである。この図から明らかなよう
に、各気筒からノックセンサ２２までのへラドガスケッ
ト２１の幅寸法を極力大きく設定することにより、各気
筒からノックセンサに伝達されるノック振動Ｋがより均
一になるように構成している。

第４図はノックセンサ２２本体の詳細を示す断面図であ
る。基本的構成は第１１図で示した従来のノックセンサ
９とほぼ同じであるが、ケース２３の底面２３ｂをヘッ
ドガスケット２１に密着させるため、ネジ部２３ａをス
トレートネジに形成しているところが異なっている。

なお、ヘッドガスケット２１の材料としては振動伝達性
の高い金属であれば、ステンレス鋼５ＵＳ３０４　（１
８−８ステンレス）以外のものでももちろん使用できる
。

第５図は、金属便覧に記載されている各種金属材料の防
振係数と引張り強さとの関係を示す特性図で、ヘッドガ
スケット２１の材料としては、防振係数が小さいもの、
例えば銅合金系の一部、アルミ合金系の一部、チタン合
金系または炭素含有量０．７％程度の鋼などが望ましい
。

次に実施例の作用を説明する。

いま、各気筒の燃焼室５内でノックが生じたとすると、
その圧力振動はへラドガスケット２１の内周側端面から
その外周側端面へ向かって伝播する。このノック振動に
は、ヘッドガスケット２１に取り付けたノックセンサ２
２によって電気信号に変換され、その信号はバンドパス
フィルタ１０に人力される。

ここで、上記へラドガスケット２１自体は振動伝達性の
高い金属板よりなるため、ノックセンサ２２は、各気筒
との距離の差による影響をあまり受けることなく、各気
筒から生ずるノック振動Ｋを良好に検出できる。しかも
、ヘッドガスケット２１は、振動伝達性の低い材料より
なるシリンダブロック２０およびシリンダヘッド４て凹
まれているため、吸排気バルブやクランクシャフトなど
から発生する機械振動かへラドガスケット２１にほとん
ど伝わることがない。したがって、雑音レベルが小さく
なるため、振動検出時におけるＳ／Ｎ比か向−Ｌする。

そして、上記センサ出ツノがバンドパスフィルタ１０に
送られると、この出力に基づいてバンドパスフィルタ１
０によりノック信号が検出される。

このノック信号はコンパレータ１１に直接人力される一
方、整流回路１２および平滑回路１３を介してコンパレ
ータ１１に間接人力される。コンパレータ１１はこれら
の人力信号を比較して、ノック発生時に積分器１４に指
令信号を送る。それを受けて積分器１４はノックの発生
頻度に応じた信号を点火回路１５に出力する。これによ
り点火プラグ８の点火時期を調整してノックの発生を解
消する。

第６図はこの発明の他の実施例を示すもので、シリンダ
ヘッドを除いた状態の要部上面図である。

この実施例は、ノックセンサ２４に横方向の振動感度を
もたせることにより、振動感知方向をエンジンの前後方
向（第６図中ＦＲ方向）に一致させたことを特徴とする
ものである。本例では、ノックセンサ２４の位置決めを
行なうため、ノックセンサ２４をシリンダブロック２０
の張り出し部２０ａに２本のボルト２５で締め付けて固
定している。

第７図は、ノックセンサ２４を張り出し部２０ａに取り
付けたときの組み付は状態を示す断面図であって、ノッ
クセンサ２４はステンレス鋼５Ｕ８３０４製の台座２７
を介してヘッドガスケット２１の上に設けられている。

より詳しくいえば、ノックセンサ２４は、上下両側に電
極２８ａを有し横方向（図中ＦＲ方向）に分極した圧電
素子２８と、この素子２８の上に載置したウェイト２９
と、ターミナル３０ａを有しウェイト２９上面に密着し
た電極板３０と、電極板３０に固着したシリコンゴム製
のブツシュ３１とよりなっている。

このブツシュ３１には中空筒状ケース３２の−Ｌ部が固
定され、ケース３２の下部は台座２７に溶接により固定
され、これによりノックセンサ２４の下側電極２８ａが
台座２７上面に圧着している。

そして、台座２７をヘッドガスケット２１の」二に載置
した状態で２本のボルト２５を締め付けることにより、
張り出し部２０ａにノックセンサ２４が取り付けられて
いる。

ヘッドガスケット２１はその上下両面を、シリンダヘッ
ド４とシリンダブロック２０とで拘束しているため、ノ
ック振動にはへラドガスケット２１中を横波ではなく主
に縦波として伝わってくると考えられる。このため、ノ
ックセンサ２４はへラドガスケット２１の縦波の方向、
つまり圧電素子２８の圧着平面に沿う方向と平行な方向
の振動を感知できるように設定することが望ましい。さ
らにいうと、台座２７を介して圧電素子２８に伝わって
くるノック振動Ｋを効率よく検出するためには、ノック
センサ２４自体を極力軽量にすることが望ましい。

この観点からいえば、本例に係るノックセンサ２４は、
横方向の振動感知機能を有するため、エンジンの前後方
向からのノック振動Ｋをヘッドガスケット２１を介して
良好に検出できる。なお、ノックセンサ２４を前後方向
に向けて配「した理由は、ノックセンサ２４から最も遠
い付置にある＃１の気筒と＃４の気筒との双方から伝わ
るノック振動Ｋを極力有効に検出するためである。

第７図に示したように、ノックセンサ２４の下部はへラ
ドガスケット２１に実質的に密着しているので、ヘッド
ガスケット２１内を伝わってくる縦波をノックセンサ２
４側に導いてウェイト２つの機械振動に変換できる。ヘ
ッドガスケット２１によって前後方向の加速度がウェイ
ト２９に加わると、その慣性力が圧電素子２８に加わる
。すると、この慣性力が上下の電極２８ａ而に対して前
後方向へのせん断力として作用する。このため、圧電素
子２８の圧電効果によって上下両側の電極２８ａ間に電
気が発生し、この電気信号は電極板３０を介してターミ
ナル３０ａから外部に取り出される。

なお、ブツシュ３１は所要の弾性率をもつシリコンゴム
よりなるため、ウェイト２９や圧電素子２８などを一定
応力で密着させるが、この場合、ウェイト２つや圧電素
子２８の動きがブツシュ３１によって拘束されることは
ない。

第８図は、この発明に用いられるヘッドガスケットの構
造例を示すもので、ヘッドガスケット３４の燃焼室５に
臨む側の端面を、ステンレス鋼５ＵＳ３０４製のシール
板３５を折り返した部分３５ａて形成するとともに、そ
の他の上面部位に黄銅製の補助板３６を積層してなるも
のである。これにより、ヘッドガスケット３４の締め付
は圧力が小さくとも良好なシール性を確保できる。

文献名「ガスケット」（近代編集社、昭和４９年刊行）
の第１８１頁に記載された表によれは、般に平板金属製
へラドガスケットは大きな最小有効締め付は圧力が必要
とされ、特にステンレス鋼製のへラドガスケットは大き
な最小有効締め付は圧力が必要とされる。したがって、
前述した第１図のへラドガスケット２１ては、振動伝達
性が高いことのほかに大きな最小有効締め付は圧力が必
要になる。一方、下記の表からも明らかなように、ステ
ンレス鋼５ＵＳ３０４は、最高使用温度が高いため、高
温の燃焼ガスに接する箇所の材料として用いて最適なも
のとなる。

メタルガスケットの材料別最高使用温度［注コ酸化温度
、クリープ温度、その他の諸点を考慮して長期使用に耐
える一応の限界値である。（Ｓｅａｌｓ　　３ｒｄ　　
Ｅｄｉｔｉｏｎ、Ｍａｃｈｉｎｅ　　Ｄｅｓｉｇｎ、Ｍ
ａｒｃｈ　　９．１９６７　　による）以上のことを勘案して、第８図のへラドガスケット３４
ては、シール板３５をステンレス鋼５ＵＳ３０４より形
成して耐熱性を確保するとともに、折り返し部３５ａに
よって弾性撓みを大きくすることで、大きな最小有効締
め付は圧力を確保している。また、補助板３６には高温
の燃焼ガスが直接触れないので耐熱性が若干小さくても
、防振係数の小さい黄銅板などを使うことで、ノック振
動の伝達性能を良好に確保できる。

第９図は、ヘッドガスケットの他の変形例を示すもので
、その特徴は、シール板３５の折り返し部３５ａ先端側
をさらに内側に四げたことにある。

これによって、ヘッドガスケット３４に加わる締め付は
圧力の一部が西げ部３５ｂにより分担され、その結果、
締め付は圧力に対するヘッドガスケット３４の使用耐久
性が向上している。

第１０図は、ヘッドガスケットのさらに他の変形例を示
すもので、その特徴は、ヘッドガスケット３４の上下両
面にゴム系のシール部材３７を貼り付けたことにある。

このようにシール部材３７を貼り付けると、シール性が
向上するばかりでなく、ノック振動かへラドガスケット
３４を伝わる際に、該振動がシリンダヘッド４やシリン
ダブロック２０に逃げるのを防ぐことができるため、ノ
ックセンサ２４による検出感度をより一層高めることが
できる。

（発明の効果）以上説明してきたように、この発明によれば、振動伝達
性の高い材料によりヘッドガスケットを形威し、これに
振動検出手段を直接取り付けたため、シリンダブロック
により振動が減衰することなく、ヘッドガスケットに伝
わる大きなノック振動を直接検出でき、振動検出手段と
各気筒との間の距離に左右されることなく、ノック検出
の感度を従来よりも高めることができるという効果が得
られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に係るノック検出装置を示
す断面図、第２図は振動成分取り出し回路を示すブロッ
ク図、第３図はノック検出装置を取り付けたシリンダブ
ロックを示す上面図、第４図はノックセンサの取り付は
構造を示す断面図、第５図は金属材料の引張り強さと防
振係数の関係を示すグラフ、第６図はこの発明の他の実
施例を示す上面図、第７図は第６図のノックセンサの取
り付は構造を示す断面図、第８図、第９図、第１０図は
それぞれこの発明に用いるヘッドガスケット構造の具体
例を示す斜視図、第１１図〜第１３図は従来例を示すも
ので、第１１図はノック検出装置の断面図、第１２図は
振動成分取り出し回路のブロック図、第１３図はノック
センサ取り付は構造の断面図である。１０・・・バンドパスフィルタ１１・・・コンパレータ１５・・・点火回路２０・・・シリンダブロック２０ａ・・・張り出し部２１・・・ヘッドガスケット２２・・・ノックセンサ（振動検出手段）第３図第４図第６図第７図第５図第７７図第１２図

Claims

【特許請求の範囲】１、シリンダブロックとシリンダヘッドの間に介装され
、振動伝達性の高い材料よりなるヘッドガスケットと、このヘッドガスケットに取り付けられた振動検出手段と
、この振動検出手段に接続され、その出力信号に基づいて
ノック振動成分を取り出す振動成分取り出し回路と、を備えることを特徴とするノック検出装置。